211service.com
Hvad sker der, når du trækker vejret i nanopartikler
Forskere har sporet strømmen af nanopartikler fra lungerne til blodbanen for første gang. Arbejdet kan føre til udvikling af nye lægemidler og hjælpe forskere med at forstå, hvordan forurening kan forårsage luftvejsproblemer.
Rejselys: Forskere har sporet bevægelsen af nanopartikler fra lungerne (det grønne område til venstre) af en rotte til lymfeknuderne (det grønne område i midten) og resten af kroppen.
Forskere fra Beth Israel Deaconess Medical Center og Harvard School of Public Health injicerede fluorescerende nanopartikler i rotters lunger og brugte nær-infrarød billeddannelse til at se, mens partiklerne bevægede sig gennem deres kroppe. Forskerne sporede, hvor langt - og hvor hurtigt - nanopartikler af forskellig størrelse, form og overfladeladning var i stand til at rejse efter at være blevet injiceret. De fandt ud af, at nanopartikler mellem seks og 34 nanometer i diameter var i stand til at komme forbi lungens forsvar for at nå lymfeknuderne og blodbanen. Dette fund kan give værdifulde retningslinjer for design af nanopartikelbaserede lægemidler.
Den lille størrelse af nanopartikler gør dem potentielt nyttige til at levere lægemidler. Et lægemiddel skal igennem vævsbarrierer og bekæmpe kroppens angribende immunceller for at levere sin terapeutiske nyttelast, før det forlader kroppen for at forhindre en toksisk reaktion. Forskere manipulerer størrelsen, formen og andre egenskaber af nanopartikler for at finde den rigtige kombination, der vil bære dem effektivt gennem kroppen.
Der er en læringskurve, som vi alle gennemgår, siger Steven Brody , lektor i medicin ved Washington University School of Medicine. Når vi begynder at designe nanopartikler som lægemiddelleveringsmidler, skal vi begynde at forstå, hvad reglerne er. Dette begynder at give os nogle regler.
Akira Tsuda , ledende forsker ved Harvard School of Public Health, siger, at lungerne kan være et godt indgangspunkt for stoffer: de har et stort, tyndt overfladeareal, hvorigennem stoffer kan trænge ind i resten af kroppen. Men lungerne har også kraftige defensive mekanismer, hvor immunceller konstant er på patrulje og leder efter fremmede molekyler at ødelægge. Hidtil har det været uklart præcis, hvad mekanismen er, der tillader nogle partikler at passere gennem lungerne, mens andre fanges og ødelægges. Forståelse, der kunne hjælpe forskere med at designe mere effektive lægemidler, og det kunne give en bedre forståelse af miljøforurenende stoffer.
Tsuda slog sig sammen med billedekspert John Frangioni fra Harvard Medical School, som designede det billeddannelsessystem, der blev brugt til at spore nanopartiklerne. Hak Soo Choi, en instruktør i medicin ved Harvard Medical School, hjalp med at designe en række kvanteprikker nanopartikler - bittesmå, halvledende krystaller - og ændrede systematisk deres størrelse, form og overfladeladning. De fastgjorde en fluorescerende sonde til hver nanopartikel for at få den til at lyse gennem kroppen, når den ses ved hjælp af den nær-infrarøde billedbehandlingsenhed.
Pelham Plast , en producent af medicinsk udstyr baseret i New Hampshire, udviklede et specialfremstillet kateter til at levere nanopartiklerne ind i en rottelunge. Kateteret gjorde det muligt for forskerne at injicere nanopartikler direkte i lungen, samtidig med at de ventilerede lungen for at simulere vejrtrækningen.
Holdet sporede strømmen af nanopartikler i realtid, op til en time efter injektion. Tsuda fandt ud af, at størrelse var den vigtigste determinant for at passere gennem lungerne, efterfulgt af en nanopartikels overfladeladning. Partikler, der var mindre end seks nanometer og dipolære (både positivt og negativt ladede) rejste fra lungerne til lymfeknuderne og ind i blodbanen inden for få minutter. De samme partikler lyste op i nyrerne kort efter, hvilket antydede, at de nemt kunne uddrives fra kroppen. Resultaterne er offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Natur bioteknologi .
David Edwards, Gordon McKay-professor i praksis med biomedicinsk ingeniørvidenskab ved Harvard University, ser gruppens resultater som en startplan for at designe effektive vacciner, som ofte er målrettet mod immuncellerne i lymfeknuder. Edwards siger, at deres resultater kan give en molekylær forklaring på succesen af visse vacciner, såsom hepatitis B-vaccinen, som består af molekyler inden for intervallet seks til 34 nanometer. Dette afklarer pludselig bare det her spørgsmål om, hvad der præcist kommer ind i lymfesystemet, og hvad der muligvis kommer ind i blodbanen, siger han.
Dette arbejde baner vejen for nye terapeutiske tilgange til ikke kun lokal levering til lungerne, men også for systemisk levering via pulmonal administration, siger Joseph DeSimone , direktør for nanomedicin ved University of North Carolina i Chapel Hill.
I fremtiden planlægger Tsuda og hans kolleger at lave lignende undersøgelser for at evaluere nanopartikeladfærd fra næsehuler til hjernen. De håber at definere lignende retningslinjer, hvormed lægemidler kan designes og administreres intranasalt til behandling af neurologiske lidelser.
Det ville være interessant at bruge deres tilgang til at udforske problemer og muligheder for at krydse blod-hjerne-barrieren via intranasal administration, siger DeSimone.